比較器與混合訊號元件

遲滯(hysteresis)

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遲滯是「用兩個臨界值取代一個」的技巧,讓決定一旦做成就站得住。想想冷氣的溫控器:它在 25 度開啟製冷,卻要等房間降到 23 度才關。那 2 度的間隙,阻止機器在溫度每抖動零點一度時就快速地開開關關。輸出不只取決於此刻的輸入,還取決於它是從哪個方向來的。

在比較器中,遲滯意味著跳變點會隨當前輸出狀態移動。當輸出為低時,要相當高的輸入才能把它翻成高——比方說 2.6 V。但一旦變高,臨界值就降到較低值——比方說 2.4 V——所以輸入必須掉到遠低於開啟之處,才會切回關。兩者的間隙,這裡是 0.2 V,就是遲滯帶(hysteresis band)。任何小於這道帶寬的雜訊都無法彈動輸出,因為第一次轉態後臨界值已經移到雜訊搆不著的地方。你用一點正回授來建立它:一顆從輸出接回 + 輸入的電阻,在每次輸出翻轉時推動臨界值。

遲滯是抖動的標準解藥,而且無所不在:溫控器、在某電壓停止又在較低電壓重啟的電池充電器、牆上電燈開關的彈跳動作、以及邏輯晶片的輸入緩衝。誠實的取捨是:遲滯讓元件刻意變得較不敏感——它忽略小於帶寬的變化,並在輸入與反應之間加入一點延遲。你把帶寬訂得舒適地大於雜訊、卻小於你必須偵測的真實訊號擺幅。

一顆臨界值為 2.6 V(上升)與 2.4 V(下降)的比較器有 0.2 V 的遲滯。一個帶 50 mV 抖動的 2.5 V 雜訊訊號,一旦閂定後便跨不過任一臨界值,所以輸出穩如磐石,不再抖動。

兩個臨界值、一道雜訊跳不過的間隙——抖動的解藥。

遲滯以敏感度換取穩定度:帶寬大於雜訊就能止住抖動,但也代表輸入必須走完整道帶寬,輸出才會再次反應。遲滯過大會漏掉微小的真實訊號。

又称
dead bandtwo-threshold switching回差